HasH Penelitian P2PLR Tahun 2002
KAJIAN DETEKTOR AKTIVASI NEUTRON CEPAT UNTUK PENGGUNAAN DETEKTOR NEUTRON
Sri Widayati, L.Kwin Pudjiastuti, Elfida Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif
ABSTRAK
KAJIAN DETEKTOR AKTIVASI NEUTRON CEPAT UNTUK PENGGUNAAN DETEKTOR NEUTRON. Telah dilakukan kajian teihadap penggunaan d~tektor aktivasi neutron yang biasanya digunakan pad a kasus keceiakaan nuklir. Detektor aktivasi neutron cepat tersebut antara lain: In-115, P-31, 8-32, Ni-58, AI-27, Fe-56 dan Mg-24. Berdasarkan kajian ini dapat diperoleh kesimpulan bahwa 8-32 merupakan detektor aktivasi neutron cepat yang mempunyai banyak keunggulan dibandingkan dengan detektor aktivasi lainnya. Dan akan lebh baik jika penggunaan detektor aktivasi neutron cepat tidak tunggal, tetapi gabungan antara In-115 dan 8-32, ha! ini akan saling melengkapi sehingga akan menambah !uasnya spektrum neutron yang dideteksi.
ABSTRACT
STUDY FAST NEUTRON ACTIVATION DETECTOR FOR USING NEUTRON DETECTOR. Literature study of the application of fast neutron activation detector that usually used iRB nucleal~ accident has been done. The fast neutron activation detectors are In-115, P-31, $-32, Ni-58, AI-27, Fe-56 and Mg-24. The results of the study indicated that $-32 is the best fast neutron activation detector, because it has more benefits compare with the others. It is better to use it in a combination with another activation detector such as In-115 and $-32, becau'se this combination makes the detector measured fast neutron spectrum widely.
PENDAHULUAN
Detektor aktivasi neutron merupakan dosimeter yang biasa digunakan untuk" mendeteksi fluks neutron cepat pada kasus kecelakaan kekritisan (kec~akaan nu~lir). Yang dikategorikan sebagai neutron cepat adalah neutron yang mempunY3i energi antara 200 ev sId 10 MeV[1].
Pad a umumnya detektor aktivasi yang bagus mempunyai beberapa kriteria antara lain; kepekaan yang baik terhadap radiasi yang dideteksi, mempunyai waktu para yang sedang, dapat memberikan perkiraan dosis yang cepat dan tepat, tidak brsffat tOkSlk, dan tidak mudah '/'usak, serta- ekonomis.
Aktivitas yang terjadi akibat terkena neutron cepat bergantung pada massa detektor. komposisi ketebalan detektor, fluks neutron yang mengenai detektor, energi spektrum neutron dan penampang lintang penangkapan[2].
Untuk memperoleh informasi detektor aktivasi yang baik atau mendekati yang diinginkan perlu adanya kajian terhadap detektor-detektor aktivasi yang ada pada saat ini. Detektor aktivasi yang sering digunakan di lapangan sebagai detektor aktiva~i neutron antara lain In-115, P-31, 8-32, Ni-58, AI-27, Fe-56 dan Mg-24. Detektor.-detektor ini dapat diperoleh dalam bentuk yang bervariasi antara lain bentuk disc, silinder, lempeng tipis dan tabiet.
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
DETEKTOR AKTIV ASI NEUTRON CEPA T
Kriteria detektor aktivasi neutron ccpat secara garis besar dapat dilihat pada Tabel 1. Untuk memperoleh informasi yang lebih lengkap mengenai detektor-detektor tersebut, disampaikan keterangan sebagai berikut :
Tabel1. Jenis dan kriteria detektor aktivasi neutron ceDat[1,5,6,8]
t:$)fj(gl fKrt>ang netroo{~V) M1terial dM f&aksi Radiasi yg diktfTisj B1ergi raOlaS i (MilV) ~ ;>3:'0
~
4,5 h-115 (n,n') k1-115m t'9nanp 1intal\9~
18;3 1,2 ~Uactivitas jt¥nis (dpnYg/Gy) 1,.O3x1ofJ y(5O"/o.) 0,335 2 P-31 (n,p) 81-31 30 2,7 2,6 (}(1~) 1..48 8..10x10" 3 S-32(n,p} P-32 63 2.8 14..3 hati f}(tOO%) 1.,11 1.20x 10" 4 ~~i-58 (n,f») 1».$8 111 2,8 71 harl 1(990/.) O,t11 1.63x1Q"' 5 A\.27 (n,p) 32 1,65x10ii ~Z7 AI-27 (n n,a) !\k;l-24 4,1 9,5 n'nt 1,01 O.~ 1,Z72:,5
y{30%) r(70%) y( 1000/0) -If 100"/.) -0.60 7.3 15 hari 3.26xto" 6 Fe-OO ~n,p) M-.-24 0.92 6,3 2,58 y{100%) 0.35 1,29x1(J1 7 tv\}-24(n,p)N..-24 1,3 7,3 15 jam y{100%) 6,19x102 y{100%) 1..17 2.,5In-115
Indium-115 (In-115) jika terkena neutron cepat akan 11erlghasilkan isotop I-115m dengan reaksi In-115(n,n') In-115m. Isotop In-11tim memancarkan radiasi y berenergi 0,335 MeV, mempunyai waktu para 4,5 jam, energi ambang 1,2 MeV, aktivitas jenisnya sebesar 7,47 x 104 dpm/g/Gy. t-.asil aktivasi dapat dicacah dengan alat pencacah Nal(TI). In-115 dapat dipf:~roleh dalam bentuk disc, lempeng tipis, dan silinder.
P-31
Fostor (P-j1) jika terkena neutron cepat akan meng~~asilkan Si-31 dari reaksi P-31 (n,p)Si-31. Si-31 memancarkan radiasi 13 murni be..energi 1,48 MeV,
mempunyai waktu para 2,6 jam, energi ambang sebesar 2.,7 MeV, aktivitas
jenisnya sebesar 8,18 x 104 dpm/g/Gy. Hasil aktivasi dapat dicacah dengan
pencacah GM. P-31 sebagai detektor aktivasi dapat diperOleh dalam bentuk
glas postat. Dalam mencacah hasil aktivasi harus lebih berhati-hati karena
reaksi P-32 (n,a) akan menghasilkan Si-31 yang memancarkan radiasi 13
Hasil Pene!itian P2PLR Tahun 2002
5-32
8ulfur-32 (8-32) akan menghasilkan radioisotop P-32 jika terken8 neutron cepat. P-32 akan memancarkan radiasi ~ murni berenergi 1,71 MeV, mempunyai waktu para 14,3 hari, energi am bang sebesar 2,8 MeV, aktivitas jenisnya sebesar 1,20 x 103 dpm/g/Gy. Detektor aktivasi 8-32 dapat diperoleh dalam bentuk tablet atau bubuk yang dipres. Hasil aktivasi dapat dicacah dengan pencacah GM.
Ni-58
Nikel-58 (Ni-58) akan menghasiikan Co-58 jika terkena neutron cepat. Co-58 akan memancarkan radiasi y berenergi 0,81 MeV, mempunyai waktu para 71 hari, energi ambang sebesar 2,8 MeV, aktivitas jenisnya sebesar 1,63 x 102 dpm/g/Gy. Detektor aktivasi Ni-58 dapat diperoieh dalam bentuk lempeng tipis (foil). Hasil aktivasi dapat dicacah dengan menggunakan pencacah Nal(Ti)..
AI-27
Aluminium (AI-27) dapat digunakan sebagai detektror aktivasi neutron yang menghasilkC=!n radioisotop Mg-27 jika terkena neL!tron cepat melalui reaksi (n,p). Mg-27 ini akan memancarkan radiasi y berenergi 1,01 MeV dan 0,84 MeV, waktu para sebesar 9,5 menit, aktivitas jenisnya sebesar 1,65 x 106 dpm/g/Gy, energi ambangnya sebesar 4,7 MeV.
AI-27 jika t~rkena neutron cepat berenergi 7,3 MeV akan menghasilkan reaksi (n, a) yang menghasilkan radioisotop Na-24 mempunyai waktu para sebesar 15 hari, memancarkan radiasi y sebssar 1,37 MeV dan 2,75 MeV. aktivitas jenisnya 3,26 x 102 dpm/g/Gy dan dapat dicacah dengan pencacah
Nal(TI).
Fe-56
Ferum atau besi (Fe-56) jika terkena neutron cepat berenergi 6,3 MeV akan menghasilkan Mn-56 dari reaksi Fe-56 (n,p) Mn-56. Mn-56 mempunyai waktu paro 2,58 jam, aktivitas jenisnya sebcsar 1,29 x 103 dpm/g/Gy, dapat dicacah deng3n Nal-(TI).
Mg,24
Mangan atau Magnesium (Mg-24) jika terkena neutron cepat berenergi 7,2 MeV akan menghasilkan reaksi Mg-24 (n,P) Na-24. Na-24 mempunyai waktu paro 15 jam, memancarkan radiasi y berenergi 1,37 MeV dan 2,75 MeV,aktivitas jenisnya sebesar 6,19 x 102 dpm/g/Gy. .
PEMBAHASAN
Oi antara detektor aktivasi yang telah disebutkan di atas yang mempunyai energi am bang terendah dalam In-115, yaitu 1,2 MeV artinya bahwa neutron cepat yang dapat dideteksi oleh In-115 adalah neutron yang mempunyai energi ~ 1,2 MeV. Oetektor aktivasi lainnya adalah untuk P-31
Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002
mulai energi 2,7 MeV, S-32 dan Ni-58 mulai energi 2,8 MeV, sedangkan untuk detektor aktivasi lainnya ?: 4, 7 ~1eV.
Detektor aktivasi yang mempunyai waktu para yang sedang (orde hari) adalah S-32 dan 27. Untuk S-32 mempunyai waktu para 14,3 hari dan AI-27(n,a)Na-24 mempunyai waktu para 15 hari. Sedangkan detektor yang lainnya ada yang terlalu singkat ada yang terlalu lama. AI-27(n,p)Mg-27 mempunyai waktu para sangat singkat yaitu 9,5 menit, Fe-56 dan In-115 mempunyai waktu para sekitar 2,6 jam, dan yang mempunyai waktu para terpanjang adalah Ni-58 yaitu 71 hari.
Bentuk detektor aktivasi neutron yang terbaik adalah metalik karena tidak mudah rusak dalam berbagai kondisi. P-31 biasanya dalam bentuk tablet atau bubuk yang dipres, berltuk inipun kurang menguntungkan jlka dibandingkan dengan In-115, Ni-58, AI-27, Fe-56 dan r...1g-24 yang berbentuk metalik.
Aktivitas jenis yang merupakan hasil aktivasi neutron terhadap detektor pada umumnya baik yaitu pada orde 102 dpm/g/Gy. Aktivitas jenis tertinggi dihasilkan oleh AI-27 sebesar 1,65 x 106 dpm/g/Gy dan terkecil dihasilkan oleh N-58 sebesar 1 ,63 x 102 d pm/g/Gy.
Pencacahan aktivitas jenis hasil aktivasi pada umumnya mempunyai tingkat kemudahan yang sarna yaitu dapat dicacah dengan a/at cacah Nal(TI) kecuali P-31 dan S-32. Hasil aktivasi dari P-31 dan S-32 sela:n dapat dicacah dengan Nal(TI) dapat pula dicacah dengan pencacah GM, karena kedua jenis detektor ini memancarkan radiasi 13 murni. Oengan demikian pencacahan terhadap P-31 maupun S-32 /ebih mudah.
Jika ditinjsu dari segi ekonomi, detektor akt!vasi S-32 jauh lebih ekonomis dibandingkan dengan detektor aktivasi meta~ik (In-115, Ni-58, AI-27, Fe-56, Mg-24) maupun P-31 yang berbentuk glas forfat. Oari kedelapan detektor aktivasi neutron cepat yang telah dibicarakan diatas tidak ada yang bersifat toksik.
Oari pembahasan diatas dapat diambil kesimpu:3n bahwa yang paling bagus digunakan sebagai detektor aktivasi neutron cepat un~uk kasus kecelakaan kekritisan adalah S-32 karena 8-32 mempunyai keunggulan dibandingkan dengan detektor-detektor aktivasi terseblJt diatas antara lain: 1. Mempunyai energi am bang yang cukup rendah yaitu ~ 2,8 MeV
2. Mempunyai waktu para yang tidak terlalu singkat dan tidak terlalu lama (14,3 hari)
3. Pencacaran hasil aktivasi re/atif lebih mudah, han)Ia dengan pencacah GM sudah dapat dicacah.
4. 8-32 dapat diperoleh dengan kemurnian yang tinggi .
5. Mempunyai respon yang cukup tinggi terhadap neutron cepat 6. Harganya ekonomis dibandingkan dengan detektor aktivasi lainnya.
Alternatif selanjutnya setelah 8-32 adalah In-115, namun kelemahan In-115 adalah mempunyai waktu paro yang singkat, kemudian P-31 dan Ni-58.
Jika spektrum neutron cepat bervariasi sebaiknya menggunakan gabungan beberapa detektor aktivasi , dalam hal ini dapat menggunakan
Hasil Pene/itian P2PLR Tahun 2002
gabungan antara 115 dan S-32 sebagai detektor aktivasi neutron cepat. In-115 selain mampu mendeteks! neutron cepat mulai energi 1,2 MeV juga mampu mendeteksi neutron lambat, sehingga dengan menggunakan gabungan In-115 dan 8-32 dapat memperoleh perkiraan dosis neutron cepat dan sekaligus neutron lambat.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil pembahasan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa 8-32 merupakail detektor aktivasi neutron cepat yang mempunyai keunggulan lebih dibanding detektor neutron cepat lainnya. Dan akan lebih baik lagi jika penggunaan detektor neutron cepat tidak hanya tunggal tetapi gabungan yaitu In-115 dan 8-32, hal ini akan saling melengkapi sehingga dapat menambah luasnya spektrum neutron yang dapat dideteksi dalam kasus kecelakaan kekritisan nuklir.
DAFTAR PUSTAKA
1. IAEA, Neutron Mon(toring Radiological Protection, Technical Report Series No. 252, Vienna (1985).
2. IAEA, Nuclear Accident Dosimetry System, Vienna (1970)
3. DELAFIELD H.J., Nuclear Accident dosimet,'-y, Radiation Protection Dosimetry Vo.10, Nuclear Technology Publishing, england (1984)
4. GICHHOLZ GEOFTREY G.and POSTON JOHN W., Principles of Nuclear Radiation Detection Ann Arbor Science PI_:bliching Inc, Georgia (1979). 5. IAEA, Nuciear Acciqent Dosimetry Systems, Proceedings of a panel Vienna
17-21 February 1969, Vienna (1970)
6. IAEA, Dosimetry for Criticality Accidents a manual, Technical Report Series No.211, Vienna (1982)
7. CROSS WG, Technique of Determining fast Neutron Dose from activation of Sulfur Tablets in Chalk River Film Badge, Ontario (1963).
8. MAJBORN, Rad?oprotection a Critical review of Nuclear Accident Dosimeters, Cimmission of The Europearl Communities, Belgium (1980) 9. PERLINI G. et.al. The S-32(n,p)P-32 Threshold Detector and Itas
Application for Fast Neutron Dosimetry Riedel Publiching Co11?pany, Bostom
